高中化学人教版必修1学案第四章 第一节 第二课时 硅酸盐和硅单质.docx

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高中化学人教版必修1学案第四章第一节第二课时硅酸盐和硅单质

第二课时

硅酸盐和硅单质

[课标要求]

1．了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。

2．了解硅的性质和用途。

3．了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。

1．硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，常用于制备黏合剂、防腐剂和耐火材料。

2．传统的无机非金属材料有水泥、玻璃和陶瓷。

3．硅以化合态存在于自然界中，常用作半导体材料和合金材料。

4．熟记三个化学方程式

（1）Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

（2）Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

（3）SiO2＋2CSi＋2CO↑。

1．概念

由硅、氧和金属组成的化合物的总称。

2．组成的表示

通常用二氧化硅和金属氧化物的组合形式表示其组成。

例如：

硅酸钠（Na2SiO3）：

Na2O·SiO2。

长石（KAlSi3O8）：

K2O·Al2O3·6SiO2。

3．最简单的硅酸盐——Na2SiO3

4．三种常见的硅酸盐产品

硅酸盐产品

原料

主要设备

主要成分

水泥

石灰石、黏土

水泥回转窑

硅酸二钙

2CaO·SiO2

硅酸三钙

3CaO·SiO2

铝酸三钙

3CaO·Al2O3

玻璃

纯碱、石灰石、石英

玻璃窑

Na2O·CaO·6SiO2

陶瓷

黏土

Al2O3·2SiO2·2H2O

5．其他含硅物质

（1）碳化硅：

化学式为SiC，俗称金刚砂，具有金刚石结构特点，硬度很大，可用作砂纸、砂轮的磨料。

（2）含硅4%的硅钢：

具有很高的导磁性，可作变压器铁芯。

（3）硅橡胶：

既耐高温又耐低温的一种有良好弹性的橡胶。

（4）人工制造分子筛：

有均匀微孔结构，主要用作吸附剂和催化剂载体。

1．Na2SiO3为什么必须密封保存？

提示：

Na2SiO3会吸收空气中的CO2和水蒸气而变质，反应的化学方程式为Na2SiO3＋H2O＋CO2===Na2CO3＋H2SiO3↓。

2．硅酸盐可写成二氧化硅和金属氧化物的形式，是否可理解成硅酸盐是二氧化硅和金属氧化物的混合物？

提示：

否。

硅酸盐结构复杂，通常用SiO2和金属氧化物的组合形式来表示其组成，但不是它们的混合物。

1．硅酸盐氧化物形式的改写

例如：

钠长石（NaAlSi3O8）不能写成

Na2O·

Al2O3·3SiO2，应写成Na2O·Al2O3·6SiO2。

2．新型陶瓷的性能及用途

品种

主要性能

主要用途

高温结构

陶瓷

①耐高温；②耐氧化；③耐磨蚀

耐高温材料，洲际导弹的端头，火箭发动机的尾管及燃烧室，汽车发动机，喷气发动机

压电陶瓷

能实现机械能与电能的相互转化

电波滤波器、通话器、声纳探伤器、点火器

透明陶瓷

①优异的光学性能；②耐高温；

③绝缘性好

制高压钠灯的灯管，防弹“玻璃”

超导陶瓷

超导性

超导材料

1．下列有关硅酸盐的说法中正确的是（　　）

A．硅酸盐中的阴离子都是SiO

B．硅酸盐都难溶于水

C．通常用氧化物的形式表示硅酸盐的组成，说明硅酸盐就是由各种氧化物组成的

D．Na2SiO3是一种最简单的硅酸盐，其水溶液可用作黏合剂

解析：

选D　硅酸盐是由硅、氧和金属组成的化合物的总称，它包含结构简单的硅酸盐（如Na2SiO3），也包含结构复杂的硅酸盐，A项错误；简单的硅酸盐中有少数溶于水，如Na2SiO3、K2SiO3等，B项错误；对于硅酸盐，氧化物的形式仅仅是一种表达方式，并不是说它就是由氧化物组成的，C项错误。

2．《青花瓷》中所描绘的“瓶身描绘的牡丹一如你初妆”、“色白花青的锦鲤跃然于碗底”等图案让人赏心悦目，但古瓷中所用颜料成分一直是个谜，近年来科学家才得知大多为硅酸盐，如蓝紫色的硅酸铜钡（BaCuSi2Ox，铜为＋2价），下列关于硅酸铜钡的说法不正确的是（　　）

A．可用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2

B．性质稳定，不易脱色

C．易溶解于强酸和强碱

D．x等于6

解析：

选C　“硅酸铜钡”能稳定存在说明其性质稳定，不易脱色，不易与酸、碱反应。

“硅酸铜钡”中Ba为＋2价，Cu为＋2价，Si为＋4价，则x＝6，用氧化物形式表示为BaO·CuO·2SiO2，A、B、D均正确。

1．形态和结构

2．性质

（1）物理性质

色、态

光泽

熔点

硬度

质地

导电性

灰黑色固体

金属光泽

高

大

脆

半导体

（2）化学性质：

常温下化学性质稳定，除氢氟酸和强碱外，不与其他物质发生反应。

Si与氢氟酸、NaOH溶液发生反应的化学方程式分别为Si＋4HF===SiF4↑＋2H2、Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑。

3．重要用途

（1）半导体材料，如硅芯片等。

（2）新型能源，如光电池等。

[特别提醒]　硅是既能与酸（HF）反应，又能与碱反应产生H2的非金属单质，但硅不与盐酸、硫酸反应。

1．用焦炭在电炉中隔绝空气还原SiO2制取粗硅时，为什么生成CO而不是CO2?

提示：

制取粗硅时，工业生产中使用过量焦炭，发生反应：

C＋CO2

2CO，故产物是CO而不是CO2。

2．在焦炭与SiO2制取粗硅的反应中，哪种物质是还原剂？

还原产物是什么？

提示：

焦炭；硅。

1．硅的制备

硅单质是由其氧化物制得的，主要分为两个阶段：

（1）粗硅的制备：

2C＋SiO2

Si（粗硅）＋2CO↑

（2）纯硅的制备：

Si（粗硅）＋2Cl2

SiCl4、SiCl4＋2H2

Si（纯硅）＋4HCl。

2．硅及其化合物的“反常”

（1）非金属的单质跟碱反应一般无H2放出，但Si能跟强碱溶液反应放出H2。

（2）非金属单质一般不跟非氧化性酸反应，但Si能跟氢氟酸反应：

Si＋4HF===SiF4↑＋2H2↑。

（3）非金属氧化物的晶体中一般有分子，但SiO2晶体只含有O、Si原子。

（4）酸性氧化物一般不与酸反应，但SiO2能与氢氟酸反应生成SiF4气体。

（5）无机酸一般易溶于水，但H2SiO3却难溶于水。

（6）硅酸钠水溶液称泡花碱或水玻璃，但却是盐溶液。

3．硅及其化合物的转化

发生反应的化学方程式：

①Si＋O2

SiO2；

②SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O；

③CO2＋H2O＋Na2SiO3===Na2CO3＋H2SiO3↓；

④H2SiO3

SiO2＋H2O；

⑤SiO2＋2C

Si＋2CO↑。

1．在室温下，下列物质不与晶体硅反应的是（　　）

A．F2　　　　　　　　　B．氢氟酸

C．KOH溶液D．Cl2

解析：

选D　Si的性质不活泼，常温下除与F2、氢氟酸和强碱溶液反应外，不与其他物质反应，加热时可与O2、Cl2等反应。

2．制备硅单质时，主要化学反应如下：

①SiO2（石英砂）＋2C（焦炭）

Si（粗硅）＋2CO↑；

②Si（粗硅）＋2Cl2

SiCl4；

③SiCl4＋2H2

Si（纯硅）＋4HCl。

下列对上述三个反应的叙述中，不正确的是（　　）

A．①为置换反应

B．①②③均为氧化还原反应

C．②为化合反应

D．三个反应的反应物中硅元素均被还原

解析：

选D　反应②中硅元素的化合价升高，被氧化，D项错误。

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1．下列关于水玻璃的性质和用途的叙述中不正确的是（　　）

A．是一种矿物胶，既不燃烧也不受腐蚀

B．在建筑工业上可以作黏合剂、耐酸水泥掺料

C．木材、织物浸过水玻璃后具有防腐性能且不易燃烧

D．水玻璃的化学性质稳定，在空气中不易变质

解析：

选D　Na2SiO3的水溶液称为水玻璃，是一种矿物胶，通常用作耐火材料。

在空气中发生反应：

Na2SiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3（胶体）＋Na2CO3，故D项不正确。

2．下列有关硅的叙述中，正确的是（　　）

A．硅只有在高温下才能跟氢气起化合反应，单质硅有多种不同的结构

B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位

C．硅的化学性质不活泼，在常温下只与Cl2、F2、HF、强碱反应

D．硅在电子工业中，是最重要的半导体材料，也是制造光导纤维的原料

解析：

选A　A项正确，硅的化学性质稳定，常温下不易与氢气、氧气、氯气等反应；B项不正确，氧元素在地壳中的含量居第一位；C项不正确，硅的化学性质不活泼，但可与F2、氢氟酸和强碱等反应，不与Cl2、O2反应；D项不正确，通常用天然的石英作为光导纤维的原料。

3．昆仑玉的成分可简单看成是Ca2Mg5Si8O22（OH）2，则其用二氧化硅和金属氧化物的形式可表示为（　　）

A．CaO·MgO·SiO2·H2O

B．2CaO·5MgO·8SiO2·H2O

C．2CaO·MgO·SiO2·2H2O

D．5CaO·2MgO·8SiO2·H2O

解析：

选B　根据昆仑玉的化学式，将Ca、Mg、Si、H分别写成氧化物的形式，按较活泼金属氧化物→较不活泼金属氧化物→SiO2→H2O的顺序排列，再调整各氧化物前的计量数并使其与昆仑玉化学式中一致，可得昆仑玉氧化物表示形式为2CaO·5MgO·8SiO2·H2O。

4．世界著名的科技史专家、英国剑桥大学的李约瑟博士考证说：

“中国至少在距今3000年以前，就已经使用玻璃了。

”下列有关普通玻璃的说法不正确的是（　　）

A．制普通玻璃的原料主要是纯碱、石灰石和石英

B．玻璃在加热熔化时有固定的熔点

C．普通玻璃的成分主要是硅酸钠、硅酸钙和二氧化硅

D．盛放烧碱溶液的试剂瓶不能用玻璃塞，是为了防止烧碱跟二氧化硅反应生成硅酸钠而使瓶塞与瓶口粘在一起

解析：

选B　普通玻璃以纯碱、石灰石和石英为原料，经混合、粉碎，在玻璃窑中熔融制得，A正确。

玻璃是混合物，没有固定的熔点，B错误。

普通玻璃的大致组成为Na2O·CaO·6SiO2，C正确。

二氧化硅易与碱液反应生成Na2SiO3，Na2SiO3具有很强的黏合性，因此盛NaOH等强碱溶液的试剂瓶不得用玻璃塞。

5．黏土是很多硅酸盐产品的原料之一，创造历史、享誉全球的景德镇陶瓷就是利用了当地的优质黏土资源。

请回答下列问题：

（1）黏土的主要成分的化学式为Al2Si2Ox（OH）4，其中x的值是________，黏土的主要成分若以氧化物形式表示，应写为__________________________________________________。

（2）在黏土资源丰富的地区还可以兴建水泥厂、玻璃厂、硫酸厂等，这些工厂中属于硅酸盐工业的有________，玻璃厂生产雕花玻璃过程所依据的化学原理是________________________（用化学方程式表示）。

解析：

（1）根据化合物中各元素的正、负化合价代数和为零可得3×2＋4×2＋（－2）×x＋（－1）×4＝0，x＝5；黏土的主要成分以氧化物形式可表示为Al2O3·2SiO2·2H2O。

（2）传统硅酸盐产品有水泥、玻璃和陶瓷，故水泥厂、玻璃厂属于硅酸盐工业；生产雕花玻璃是利用氢氟酸对玻璃的腐蚀性，即：

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O。

答案：

（1）5　Al2O3·2SiO2·2H2O

（2）水泥厂、玻璃厂

SiO2＋4HF===SiF4↑＋2H2O

1．下列物质不属于硅酸盐的是（　　）

A．黏土　　　　　　　　B．石英

C．Al2Si2O5（OH）4D．Mg2SiO4

解析：

选B　硅酸盐是由硅、氧和金属元素组成的化合物的总称，黏土、Al2Si2O5（OH）4、Mg2SiO4均是硅酸盐，石英是二氧化硅，属于酸性氧化物。

2．水玻璃是建筑行业常用的黏合剂，并可用于木材防火和防腐处理。

水玻